Im Rahmen des Projektes COATEMO II sollen funktionalisierte Multilayer-Graphene als hochleitfähiges Additiv und als Matrix für mikro- oder nanoskaliges Silizium (Si) als Speichermaterial für Lithium-Ionen Batterien (LIB) erforscht und zusammen mit Silizium in einem Sprühtrocknungsverfahren zu einem hochenergetischen Kompositmaterial für Anoden verarbeitet werden. Dessen Verfügbarkeit und Verarbeitbarkeit zu Anoden werden im Labor- und Technikumsmaßstab demonstriert. Die Partner bringen ihr Know-How in Kohlenstoff- und Silizium-Aktivmaterialien sowie in der Batterie-Prozesstechnologie ein. Die Prozesse sollen so gestaltet werden, dass später das Anodenmaterial zum Einsatz in Lithium-Batterien wirtschaftlich sinnvoll produzierbar ist. Im Teilvorhaben der FC sollen Nano-Kohlenstoff-basierte Dispersionen mit Additiven und mit Aktivmaterial-basierten Co-Dispersionen entwickelt werden, die im Bereich der Herstellung von Li-Ionen-Batterie-Anoden Verwendung finden. FutureCarbon wird Dispersionen, die vor allem als Additiv im Verbund mit den zu entwickelten Aktiv-Materialien eingesetzt und darauf optimiert werden, entwickeln und produzieren. Da Silizium eine relativ große Volumenänderung beim Be- und Entladen mit Lithium-Ionen hat soll diese durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanotubes und Graphene reduziert werden. Das erhöht die Lebensdauer der Anode und damit auch der Li-Ionen-Batterie. Die Herstellung der pastösen Dispersionen bzw. Zubereitungen soll im Laufe des Projektes mittels eines neuen Verfahrens vorgenommen und evaluiert werden.
Die verstärkte Installation elektrischer Energiespeicher ist notwendig für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland. Batteriespeicher werden dabei eine große Rolle spielen, da anderweitige Möglichkeiten stark eingeschränkt sind. Zwei typische Anwendungsfälle für diese Energiespeicher sind Speicher für Eigenverbrauch aus hausbasierten Photovoltaik-Anlagen und Energiespeicher für den Lastausgleich im Verteilnetz. Dafür können Batterien mit den chemischen Systemen Kohlenstoff // LFP und LTO // LFP eingesetzt werden. Ziel der Arbeiten ist es, für diese Speicher, die eine sehr hohe Langlebigkeit bei hoher Energie- bzw. Leistungsdichte aufweisen sollen, effiziente, umweltfreundliche und kostengünstige Herstellmethoden zu erforschen. Basis der Forschung sind herkömmliche Herstellverfahren für die Batteriezellen. Davon ausgehend werden Materialien und Herstellverfahren erforscht und angepasst, um die gewünschte Langlebigkeit mit umweltfreundlichen Herstellmethoden vereinen können. Der Fokus liegt dabei auf wasserbasierten Rezepturen und hocheffizienten Verfahren. Parallel dazu werden die Batteriezellen in Versuchsspeichern getestet. Für diese werden zieloptimierte Designs und Fertigungsverfahren erforscht. Grundlagenuntersuchungen zur Alterung von Batteriezellen und Materialien dienen der Gewährleistung einer mindestens 20 jährigen Haltbarkeit und von 6000 Zyklen der C // LFP- bzw. 20000 Zyklen der LTO // LFP-Speicherzellen.
Ziel des Verbundprojektes LiSta ist die Erforschung neuartiger Hochleistungs-Batteriematerialien hinsichtlich ihrer Tauglichkeit in Lithium-Ionen-Batteriesystemen für stationäre Anwendungen. Als Zellchemien werden die Elektrodenkombinationen C // LFP und LTO // LFP betrachtet. Die Optimierung der Performancefähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit der Zellen steht dabei im Vordergrund. Die VARTA Storage GmbH fokussiert sich im Rahmen des Projektes auf die Erforschung der optimalen Integration sowie auf die Erprobung der Forschungsversuchszellen in Batteriemodulen und in einem Versuchsspeicher. Schwerpunkte im Zuge der Modul- und Systemintegration bilden die Erforschung geeigneter Verbindungstechniken und Thermomanagementkonzepte. Mit Hilfe des Versuchsspeichers werden die Zellen unter realitätsnahen Bedingungen betrieben und der Einfluss verschiedenster Faktoren auf ihr Verhalten erforscht. Zu Beginn des Projekts erfolgen in Zusammenarbeit mit dem Partner VW-VM die Spezifikation der Forschungsversuchszellen und die Definition der Testparameter für Performance- und Sicherheitstests. Im weiteren Projektverlauf werden mit Hilfe diverser Tests das elektrische Verhalten, die zyklische und kalendarische Alterung sowie die Sicherheitsattribute der Zellen untersucht. Bei der Erforschung beschleunigter Alterungstest werden neben VW-VM die Forschungsaktivitäten von der Hochschule Aalen miteinbezogen. Mit Unterstützung von VW-VM erfolgt im Anschluss zunächst die Konzeption und der Aufbau von Batteriemodulen mit C // LFP-Zellen, welche in einem weiteren Schritt mit anderen Speicherkomponenten in den Forschungsversuchsspeicher integriert werden. Weiterhin wird auf Basis von LTO // LFP-Zellen ein Hochleistungsmodul spezifiziert und aufgebaut. Sowohl die Module als auch der gesamte Forschungsversuchsspeicher werden mit dem Partner VW-VM erprobt und definierten Testverfahren unterzogen. Die Tests werden ausführlich dokumentiert und anhand wissenschaftlicher Methoden analysiert.
Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren(MWCNT)-Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die MWCNT-Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung (kurz EPD) und die chemische Gasphasenabscheidung (kurz CVD) eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung (kurz ECD) und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in 6 Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide (z. Bsp. Pulse Plating), die Charakterisierung sowie die Abscheidung aus nichtwässrigen Elektrolyten und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die Schwerpunkte 5 und 6 beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung und die chemische Gasphasenabscheidung eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in sechs Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide, die Charakterisierung und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die letzten Schwerpunkte beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.